Contrôleur GE IS215UCVEM01A

L'IS215UCVEM01A est un ordinateur monocarte (SBC) à bus VME hautes performances conçu par General Electric (GE) pour son système de contrôle de turbine Mark VI. En tant que modèle multifonction au sein de la série de contrôleurs UCVE, cette unité présente une hauteur de 6U, un facteur de forme à emplacement unique et se monte dans un rack VME appelé module de contrôle, servant d'unité de traitement principale exécutant le code d'application de la turbine. Son système d'exploitation est QNX, un système d'exploitation multitâche en temps réel conçu pour les applications industrielles à grande vitesse et haute fiabilité.

L'IS215UCVEM01A est un modèle amélioré de la série UCVE, s'appuyant sur toutes les fonctionnalités du contrôleur UCVEH2 standard et ajoutant une deuxième interface Ethernet 10BaseT/100BaseTX pour une utilisation sur un sous-réseau logique IP séparé, permettant des configurations réseau plus flexibles. Il utilise un processeur Intel Celeron 300 MHz, équipé de 32 Mo de DRAM et de 16 ou 128 Mo de mémoire flash, fournissant ainsi de vastes ressources informatiques pour les applications de contrôle en temps réel. L'interface Ethernet principale se connecte à Universal Data Highway (UDH), permettant une intégration transparente avec la boîte à outils, l'IHM, le système de surveillance CIMPLICITY, les automates série 90-70 et les DCS tiers. L'interface Ethernet auxiliaire peut être configurée pour Modbus ou un réseau EGD privé, améliorant encore la flexibilité et la sécurité de la communication.

Ce produit convient au contrôle des équipements rotatifs critiques tels que les turbines à gaz, les turbines à vapeur, les compresseurs et les générateurs, et est particulièrement adapté aux applications nécessitant une isolation multi-réseau ou une communication redondante. Il est largement utilisé dans les secteurs industriels, notamment la production d’électricité, le pétrole et le gaz, la transformation chimique et la métallurgie.

II. Fonctions clés

1. Exécution de la logique de contrôle

Le contrôleur IS215UCVEM01A est chargé d'un logiciel spécifique à son application (par exemple, turbine à vapeur, turbine à gaz, turbine aérodérivée ou équilibre de l'installation). Il peut exécuter une logique de contrôle à des cadences allant jusqu'à 100 000 échelons ou blocs par seconde. Il prend en charge le traitement analogique et discret, avec des types de données comprenant des booléens, des entiers signés 16 bits/32 bits et des virgules flottantes 32 bits/64 bits, répondant ainsi aux exigences complexes de contrôle industriel.

2. Communication double Ethernet

• Interface Ethernet principale : Une interface 10BaseT/100BaseTX (RJ-45) pour la connexion à l'UDH, prenant en charge :

• Protocole TCP/IP : Pour la configuration et la communication peer-to-peer avec la Toolbox.

• Protocole EGD (Ethernet Global Data) : pour l'échange de données à haut débit avec CIMPLICITY HMI et les automates série 90-70.

• Protocole Modbus : Pour la communication avec des DCS tiers.

• Interface Ethernet auxiliaire : une deuxième interface 10BaseT/100BaseTX (RJ-45) configurable pour un sous-réseau logique IP distinct, prenant en charge :

• Protocole EGD

• Protocole Modbus
  Cette interface est configurée via la Toolbox. Chaque fois que le rack est mis sous tension, le contrôleur valide sa configuration Toolbox par rapport au matériel existant. Une adresse de sous-réseau distincte permet au contrôleur d'identifier de manière unique ce port Ethernet, ce qui le rend adapté aux applications nécessitant une isolation réseau ou une communication redondante.

3. Communication sur le bus VME

Échange des données avec les cartes d'E/S via la carte de communication VCMI. Dans un système simplex, les données comprennent les entrées et sorties de processus des cartes d'E/S. Dans un système triple redondance modulaire (TMR), les données comprennent les entrées votées, les sorties calculées pour le vote du matériel de sortie et les valeurs d'état internes échangées entre les contrôleurs.

4. Communication série

Deux interfaces RS-232C (COM1 et COM2) :

• COM1 : Réservé au diagnostic, 9600 bauds, 8 bits de données, pas de parité, 1 bit d'arrêt.

• COM2 : utilisé pour la communication esclave Modbus série, prenant en charge 9 600 ou 19 200 bauds.

5. Synchronisation du système et performances en temps réel

Le contrôleur peut se synchroniser avec l'horloge de la carte de communication VCMI via une interruption d'horloge externe, atteignant une précision de ±100 microsecondes, garantissant des exigences de synchronisation strictes dans les systèmes multi-contrôleurs.

6. Programmation et diagnostics en ligne

Prend en charge la modification en ligne du logiciel d'application sans nécessiter un redémarrage du système. Lorsqu'une panne est détectée, le contrôleur génère un code défaut interne lisible via la Toolbox. Chaque fois que le rack est mis sous tension, le contrôleur valide sa configuration Toolbox par rapport au matériel existant.

7. Prise en charge de la redondance et de la tolérance aux pannes

Dans les systèmes TMR, l'IS215UCVEM01A peut fonctionner conjointement avec deux autres contrôleurs pour effectuer le vote d'entrée, le vote de sortie et l'échange d'état, améliorant ainsi considérablement la fiabilité du système.

III. Architecture matérielle

1. Processeur et mémoire

• Processeur : Intel Celeron 300 MHz

• Mémoire principale : 32 Mo de DRAM

• Stockage : module Compact Flash de 16 Mo ou 128 Mo

• Cache : 128 Ko de cache L2

• NVRAM : 8 Ko de SRAM avec batterie de secours allouée aux fonctions du contrôleur

2. Indicateurs du panneau avant

Les contrôleurs de la série UCVE sont dotés de LED d'état sur le panneau avant pour indiquer l'état de fonctionnement. Contrairement à la série UCVD précédente, la série UCVE n'utilise pas de LED à double colonne pour afficher les codes d'erreur ; au lieu de cela, les codes d'erreur internes sont lus via le logiciel Toolbox.

3. Interfaces et connecteurs

• Interface Ethernet principale : 1 connecteur RJ-45, 10BaseT/100BaseTX

• Interface Ethernet auxiliaire : 1 connecteur RJ-45, 10BaseT/100BaseTX

• Interfaces série : 2 connecteurs micro-miniatures de type D à 9 broches (COM1, COM2)

• Connecteurs de bus VME : connecteurs de fond de panier P1/J1 et P2/J2 pour l'alimentation et la communication par bus

• Site d'extension PMC : un site conforme à la norme PCI IEEE 1386.1 5V pour l'installation de modules de fonction supplémentaires

4. Batterie et commutateur de configuration

Le contrôleur contient une batterie au lithium de type 1 évaluée à 3,3 V, 200 mA, utilisée pour maintenir l'horloge en temps réel et sauvegarder les données SRAM en cas de coupure de courant. Remarque importante : la batterie est expédiée en usine en position désactivée. Pour activer la batterie, placez l'interrupteur SW10 en position fermée comme indiqué sur le schéma. Lors du remplacement de la batterie, utilisez un type équivalent.

IV. Description détaillée de l'interface

1. Interface Ethernet principale

L'interface Ethernet principale se connecte à l'UDH pour l'échange de données avec la Toolbox, l'IHM et d'autres équipements de contrôle. Cette interface prend en charge la négociation automatique pour les vitesses 10BaseT/100BaseTX. Chaque fois que le rack est mis sous tension, le contrôleur valide la configuration de Toolbox par rapport au matériel.

2. Interface Ethernet auxiliaire

L'interface Ethernet auxiliaire est la caractéristique principale qui distingue l'IS215UCVEM01A du standard UCVEH2. Il peut être configuré pour un sous-réseau logique IP distinct, permettant l'isolation du réseau ou une communication dédiée. Les applications typiques incluent :

• Connexion à un réseau séparé d'appareils esclaves Modbus.

• Création d'un réseau EGD privé pour l'échange de données à haut débit entre les contrôleurs.

• Servir de canal Ethernet redondant pour améliorer la fiabilité de la communication.

Cette interface est configurée via le logiciel Toolbox et doit se voir attribuer une adresse de sous-réseau distincte (par exemple, 192.168.2.0). Le contrôleur valide la configuration au démarrage.

3. Interfaces série (COM1 et COM2)

Les deux interfaces série sont des connecteurs D microminiatures à 9 broches, avec des affectations de broches conformes aux normes RS-232C.

• COM1 : Fixe pour le diagnostic, 9600 bauds, 8 bits de données, pas de parité, 1 bit d'arrêt. Les utilisateurs peuvent obtenir des informations sur l'état du contrôleur et les erreurs via un terminal série, facilitant ainsi le débogage et le dépannage sur site.

• COM2 : configurable pour la communication esclave Modbus, prenant en charge 9 600 ou 19 200 bauds. Utilisé pour la connexion à des systèmes de contrôle distribués ou à d'autres appareils série pour l'échange de données.

4. Interface de bus VME

Le contrôleur se connecte au bus VME via les connecteurs de fond de panier P1 et P2, facilitant l'échange de données avec les cartes d'E/S et la carte de communication VCMI. P1 fournit l'alimentation et les signaux de bus de base, tandis que P2 est utilisé pour les lignes d'adresses et de données étendues. Le contrôleur agit comme maître de bus VME et peut initier des transferts de données.

5. Site d'extension PMC

L'IS215UCVEM01A est équipé d'un site d'extension PMC conforme à la norme PCI IEEE 1386.1 5V. Ce site peut être utilisé pour installer des modules de fonctions supplémentaires, tels que :

• Interfaces de communication supplémentaires (par exemple, Profibus, un autre port Ethernet).

• Modules de traitement d'E/S dédiés.

• Modules de cryptage ou de sécurité.

Cela améliore la flexibilité et l'évolutivité du contrôleur, s'adaptant ainsi aux futures mises à niveau fonctionnelles.

6. Batterie et commutateur de configuration

Le contrôleur contient une batterie au lithium de type 1 évaluée à 3,3 V, 200 mA, utilisée pour maintenir l'horloge en temps réel et sauvegarder les données SRAM en cas de coupure de courant. Remarque importante : la batterie est expédiée en usine en position désactivée. Pour activer la batterie, placez l'interrupteur SW10 en position fermée comme indiqué sur le schéma. Lors du remplacement de la batterie, utilisez un type équivalent.

V. Fonctionnement et diagnostic

1. Statut opérationnel

Après avoir chargé le logiciel d'application spécifique, le contrôleur IS215UCVEM01A commence à exécuter la logique de contrôle. En fonctionnement normal, le contrôleur maintient la communication avec les systèmes externes via les interfaces Ethernet et série. Si les LED d'état rotatives sont prises en charge (sur certains modèles), les LED du panneau avant affichent un motif rotatif ; sinon, l'état doit être surveillé via le logiciel Toolbox.

2. Diagnostic des pannes

Si une panne se produit dans le contrôleur pendant l'exécution du code d'application, les événements suivants se produisent :

• Les LED d'état rotatives s'arrêtent (si prises en charge).

• Un code défaut interne est généré, lisible via la Toolbox.

• Les alarmes de diagnostic sont affichées dans la boîte à outils, indiquant les numéros d'erreur et les descriptions.

Pour les contrôleurs de la série UCVE, les codes d'erreur ne sont plus affichés via des LED clignotantes sur le panneau avant mais sont lus via le logiciel Toolbox. Des informations supplémentaires peuvent être obtenues via le port série COM1.

3. Codes d'erreur courants

Reportez-vous aux codes d'erreur répertoriés dans la documentation (applicables à tous les types de contrôleurs), y compris, mais sans s'y limiter :

Les utilisateurs peuvent afficher des informations détaillées sur les erreurs dans le tampon de trace du contrôleur via la boîte à outils (par exemple, afficher le vidage général du tampon de trace).

VI. Installation et entretien

1. Préparation avant l'installation

• Assurez-vous que le rack VME est correctement installé et mis à la terre.

• Vérifiez que l'emplacement requis dans le rack est libre et répond aux exigences de largeur d'un emplacement unique.

• Préparez un bracelet antistatique pour éviter les dommages électrostatiques à la carte.

• Si la batterie doit être activée, préréglez le commutateur SW10 en conséquence.

2. Étapes d'installation

1. Mettez le rack hors tension : assurez-vous que l'alimentation du rack est coupée avant d'insérer ou de retirer une carte.

2. Configurer l'interrupteur de batterie : si vous activez la batterie, réglez SW10 en position fermée.

3. Insérez le contrôleur : alignez l'IS215UCVEM01A avec les guides du rack et poussez-le doucement jusqu'à ce que les connecteurs du fond de panier soient complètement engagés.

4. Fixez le panneau avant : serrez les vis imperdables en haut et en bas du panneau avant pour fixer la carte.

5. Connectez les câbles externes : connectez le câble Ethernet principal, le câble Ethernet auxiliaire, les câbles série, etc., selon les besoins.

6. Mise sous tension et vérification : après la mise sous tension, utilisez le logiciel Toolbox pour vérifier que le contrôleur est correctement reconnu et communique, et vérifiez que la configuration de l'interface Ethernet auxiliaire est correcte.

3. Recommandations d'entretien

• Vérifications régulières de l'état du système : surveillez l'état du contrôleur, la charge du processeur, la température et d'autres paramètres via la boîte à outils.

• Assurez une ventilation adéquate : vérifiez que les ventilateurs du rack sont opérationnels et que les filtres sont propres pour éviter la surchauffe du contrôleur.

• Précautions antistatiques : portez toujours un bracelet antistatique lorsque vous manipulez la planche. Rangez la planche dans un sac antistatique lorsqu'elle n'est pas utilisée.

• Entretien de la batterie : Soyez conscient de la durée de vie de la batterie. Vérifiez périodiquement et remplacez si nécessaire (en utilisant uniquement un type équivalent).

• Mises à niveau du micrologiciel : si une mise à niveau du micrologiciel est nécessaire, suivez strictement les procédures officielles de GE pour éviter toute interruption pendant le processus.

• Gestion des pièces de rechange : il est recommandé de conserver au moins un contrôleur identique sur site comme pièce de rechange afin de minimiser les temps d'arrêt en cas de panne.

4. Considérations relatives à la mise à niveau

Lors du remplacement d'un ancien contrôleur UCVB ou UCVD par l'IS215UCVEM01A, notez ce qui suit :

• Mise à niveau du fond de panier requise : la série UCVE n'est pas directement compatible avec les fonds de panier des contrôleurs antérieurs.

• Mise à niveau du câblage Ethernet : mise à niveau de 10Base2 (coaxial) vers 10Base-T/100BaseTX (paire torsadée).

• Vérifiez la compatibilité de la configuration : assurez-vous que la configuration de Toolbox correspond au nouveau matériel, en particulier la configuration de l'interface Ethernet auxiliaire.

VII. Applications

Le contrôleur IS215UCVEM01A est largement utilisé dans les scénarios suivants :

• Contrôle de turbine à gaz : en tant que contrôleur principal des systèmes Mark VI, exécutant le contrôle du carburant, le contrôle de la vitesse, la surveillance de la température, la surveillance de la combustion, etc. Le port Ethernet auxiliaire peut être utilisé pour connecter un réseau dédié de surveillance de la combustion.

• Contrôle des turbines à vapeur : fonctionne avec les systèmes DEH (contrôle électro-hydraulique numérique) pour la régulation, la protection et le contrôle de la charge de la turbine. Le port Ethernet auxiliaire peut être utilisé pour une communication redondante.

• Contrôle des compresseurs : contrôle anti-surtension, optimisation des performances et séquençage pour les compresseurs de pipelines et de processus. Le port Ethernet auxiliaire peut se connecter à un réseau de capteurs distinct.

• Contrôle d'excitation du générateur : interface avec les systèmes d'excitation pour la régulation de la tension, le contrôle de la puissance réactive et la synchronisation du réseau. Le port Ethernet auxiliaire peut être utilisé pour une communication directe avec le système de répartition du réseau.

• Contrôle de l'équilibre de l'usine (BOP) : contrôle logique et séquençage des équipements auxiliaires tels que les chaudières, les pompes, les ventilateurs et les systèmes d'eau de refroidissement. Le port Ethernet auxiliaire peut isoler la communication pour différents sous-systèmes.

• Centrales électriques à cycle combiné : coordination du fonctionnement des turbines à gaz et des turbines à vapeur dans des configurations à arbres multiples ou à arbre unique. Le port Ethernet auxiliaire peut être utilisé pour l'échange de données à haut débit entre les unités.

• Applications nécessitant une isolation du réseau : séparer le réseau de contrôle du réseau d'entreprise ou séparer le réseau EGD en temps réel du réseau de surveillance Modbus pour améliorer la cybersécurité et la fiabilité.

• Projets de mise à niveau et de modernisation : remplacement des anciens contrôleurs UCVB et UCVD tout en obtenant un port Ethernet supplémentaire pour améliorer les performances du système et la flexibilité du réseau.